公路項目智能化路基施工分層碾壓的算法研究

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A文章編號：2096-6903(2025)05-0011-03

0 引言

當前公路工程智能化技術體系已臻成熟，其應用范疇從設計階段延伸至施工核心環(huán)節(jié)。在路基工程實施過程中，智能壓實控制系統(tǒng)作為典型技術載體，通過集成智能分層、壓實厚度實時監(jiān)測與動態(tài)調(diào)整、碾壓軌跡精準管控等功能模塊，構(gòu)建起覆蓋施工全流程的數(shù)字化管理體系。

其中，碾壓工藝的算法優(yōu)化與過程控制是保障系統(tǒng)效能充分發(fā)揮的關鍵節(jié)點，既需實現(xiàn)壓實參數(shù)的智能匹配，更要確保機械作業(yè)路徑的精準執(zhí)行。鑒于此，行業(yè)已全面啟動路基分層碾壓算法的專項攻關，通過構(gòu)建數(shù)學模型與施工參數(shù)的映射關系，形成可復制推廣的智能施工解決方案。此類基礎性研究不僅將推動路基施工工藝的迭代升級，更為公路工程智能化轉(zhuǎn)型提供核心算法支撐，對構(gòu)建新一代數(shù)字化建造體系具有戰(zhàn)略意義。

1公路項目智能化路基施工分層碾壓中算法的應用

分層碾壓算法在現(xiàn)代分層施工中應用非常重要，是智能化分層施工應用的關鍵措施。傳統(tǒng)公路路基施工壓實施工需要依靠人工完成區(qū)域劃分，此方式過于依賴人工經(jīng)驗，容易導致監(jiān)控碾軋過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差，最終造成碾壓分層錯位等問題。而碾壓施工參數(shù)無法得到精細化管理和應用，最終將會影響路基施工質(zhì)量。

近年來，現(xiàn)代公路路基碾壓施工中開始應用新型碾壓層位施工機械和自動化辨識管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)創(chuàng)建基于C/S結(jié)構(gòu)的智能化施工監(jiān)控系統(tǒng)，應用該系統(tǒng)能夠完成碾壓分層施工。在該系統(tǒng)應用的過程中，以智能化技術為基礎創(chuàng)建分層碾壓施工算法，從而保證分層碾壓施工高效開展。在分層碾壓施工實施的過程中，設計自動分層以及相關辨識處理流程，從而確保辨識算法流程設計應用更加科學合理。該系統(tǒng)的分層碾壓算法有以下4個應用要點。

第一，算法應用時需獲取及其定位數(shù)據(jù)。定位后將壓路機當前位置設置為 R₁ ，將機械上一位置設置為R_1-1 ，獲取數(shù)據(jù)后將兩點連接，繼而構(gòu)建壓路機碾壓過的區(qū)域，將壓路機壓過區(qū)域設置為 P₁ 點。算法將壓路機路徑創(chuàng)建為幾何圖形處理區(qū)，確定區(qū)域后，將控制點和碾壓區(qū)域重合，隨后對碾壓區(qū)域的壓路機高程進行計算，將高程記錄為 H_PI^[1] 。

第二，算法應用時可控制耐壓區(qū)域控制點的碾壓遍數(shù)，將其控制為 N_Pi ，還需要控制區(qū)域內(nèi)的路基結(jié)構(gòu)碾壓變數(shù) N_s ，在計算之時如果是 N_Pi?N_s 情況，則可按照正常流程進行計算，如果是 N_Pis 的情況，則需要按照 N_Pi+1 算法流程完成各項工作。

第三，分析中對碾壓層設計厚度Hr和處理差值Hy、振動壓路機成為編號進行綜合處理，確保碾壓區(qū)域控制點可做好分析，按照 H>H_r 和 P_IDi>R_IDi ，振動壓路機在運行之時，應以路基結(jié)構(gòu)層為前導，首先完成碾壓層碾壓，之后自動更新振動壓路機編號，所屬層位編號控制為 P_IDi 日記，整個壓路機在運行之時，應做好碾壓控制，記錄碾壓層控制點以及位置信息，繼而向控制端發(fā)送指令。

第四，振動壓路機在運行的過程中，開始從一個碾壓層到另外一個碾壓層施工之時，此時對壓路機運行編號進行壓路控制處理，如果出現(xiàn)問題，則需要立刻結(jié)束振動碾壓路，并記錄此時碾壓層位，控制點高程值HPI對應的壓路機位置定位信息，在定位客戶端發(fā)送通知[2]。

2公路項目智能化路基施工分層碾壓算法的應用

2.1碾壓層位控制點位高程取值

碾壓層位控制點設計過程中可設置高程取值，碾壓層位施工控制定位信息，完善事件序列，將測定網(wǎng)格控制點以及碾壓后的高程值。碾壓層控制之時，應距離加權值設定為相應響應的參數(shù)。碾壓層控制之時，也需要明確路基碾壓區(qū)域以及高程影響之間的關系。路基碾壓施工的過程中，需要將高程值周圍點位高程控制，相互之間存在負相關關系，網(wǎng)格控制點位高程值設置為圓心，取值范圍可控制在半徑畫圓范圍之內(nèi)，繼而確定碾壓層壓路機的位置信息，最終控制網(wǎng)格點的高程信息，碾壓層施工能夠?qū)⒏叱叹刃拚嬎恪?/p>

計算的過程中設計碾壓層網(wǎng)格控制點位 P_i ，設計坐標系后，將 P_i 點坐標設計為 (X₀ 和 Y₀^， ，以P點為中心畫圓形區(qū)域，設計為辨識區(qū)域，范圍壓路機 R₁ 坐標為 (x₁，y₁) ，從而得到壓路機電位與控制點位短距離，可按照公式（1）進行計算。而在控制點的高程計算實施的過程中，可按照公式（2）完成。

D₁=[(x_i-x₀)²+(y_i-y₀)²]

路基壓實高程數(shù)據(jù)計算必須滿足施工質(zhì)量要求，因此在取值計算的過程中，為確保精準，必須對區(qū)域控制網(wǎng)格點進行 P₁ 高程數(shù)據(jù)信息驗算。高程網(wǎng)格控制點實際碾壓后高程應將其差值控制在 H>H_r ，最終確保控制點位碾壓后應達到高程值，最終確保高程應控制在標高以下。如果在計算中發(fā)現(xiàn)，高程計算差值為 H?H_r 知識，證明網(wǎng)格點控制存在誤差，繼而保證設計達到最佳效果，提升設計質(zhì)量和效果。

控制網(wǎng)格點位的高程差如果超過規(guī)定范圍之時，必須參考步驟1實施加權平均值計算，從而增加區(qū)域圓形半徑，將正確的控制點位保衛(wèi)在內(nèi)，繼而確保搜索范圍能夠控制在高程數(shù)據(jù)之內(nèi)，計算實施之后，可將計算得到Pi改正后確定高程位置信息。

2.2 碾壓層位厚度計算

碾壓層位厚度計算設計應用也非常關鍵，是公路項目智能化路基施工分層碾壓算法應用的重要環(huán)節(jié)，一定程度上關系到碾壓施工質(zhì)量，智能化技術應用過程中，需要確認碾壓厚度，對碾壓厚度實施計算，才可保證后續(xù)的計算應用達到良好效果。

碾壓厚度計算實施過程中，先從數(shù)據(jù)庫獲取各控制點位坐標，獲取信息時間序列，從而獲得不同路基的結(jié)構(gòu)，整個碾壓施工的過程中，可將最終壓實高程記錄其中，記錄坐標為 (m，n) ，碾壓層位進行施工的過程中，可矩陣序列化情況，該層位的網(wǎng)格控制點位進行平面定位處理。K為路基相同結(jié)構(gòu)不同碾壓層位順序，主要用于碾壓層位的上下層位數(shù)據(jù)。按照確定碾壓層厚度值計算公式如式（3）所示。

ΔH=H(m，n_?k)-H(m，n_?k-l)

3在公路項目智能化路基施工中驗證分層碾壓算法

公路項目建設的過程中，對施工分層碾壓算法應用要科學合理，從而提升公路分層碾壓施工質(zhì)量。為驗證智能化路基施工分層碾壓算法，針對某工程中公路項目智能化路基施工分層碾壓施工進行研究[3]。

3.1項目概況與工程特點

該工程為某高速公路工程，工程中路基環(huán)節(jié)總長度達到 9.5km 。工程中不利天氣較多，路基工程可采用針對性處理措施。

第一，該公路工程開始重視防雨施工，防止雨水對基坑以及樁基產(chǎn)生較大的影響。

第二，施工過程中完成機械施工調(diào)度與管理，包括完成機械設備、材料以及人員的調(diào)度與調(diào)整，切實有效發(fā)現(xiàn)問題并著手解決，確保路基施工能夠高效開展，也確保機械設備能夠高效率應用。

第三，要求路基施工的過程中，應完成路基壓實施工控制，將路基的碾壓次數(shù)控制在6遍以上，確保碾壓達到要求即可[4]。在碾壓施工的過程中應不出現(xiàn)定位數(shù)據(jù)點，漂移現(xiàn)象。

3.2智能碾壓系統(tǒng)組成與技術實現(xiàn)

3.2.1 多技術融合的系統(tǒng)架構(gòu)

智慧工地壓路機智能施工系統(tǒng)采用北斗高精度實時定位技術以及壓實傳感器監(jiān)測技術，經(jīng)過軟件的實時處理，可以獲得壓路機鋼輪高精度三維位置和振動壓實值，以數(shù)字化與圖像化方式實時記錄，并顯示壓路機行進方向、行進速度、振動壓實值、碾壓遍數(shù)、填筑厚度等信息，以此引導機手避免出現(xiàn)過壓和漏壓情況，保證壓實施工質(zhì)量。

該工程中應用的智能碾壓施工系統(tǒng)具備多種先進技術，其中以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能作為核心，從而可確保碾壓設備擁有實時監(jiān)控、自動化控制以及施工數(shù)據(jù)處理功能，切實保障智慧碾壓系統(tǒng)應用符合相應標準[5]。

3.2.2 智能控制與自動化執(zhí)行

智能碾壓系統(tǒng)具備實時監(jiān)測以及精確控制功能，能夠在應用后控制碾壓機壓實速度、壓實遍數(shù)以及壓實度等重要參數(shù)，從而保證碾壓施工始終保持良好，提升碾壓施工技術質(zhì)量。系統(tǒng)施工應用的過程中，創(chuàng)建了高精度傳感器，繼而實時采集以及實時反饋等優(yōu)勢，在該設備實施碾壓施工之時可完成溫度、密實度、平整度等數(shù)據(jù)的采集和獲取，結(jié)合設定碾壓標準以及目標值，系統(tǒng)能夠調(diào)整碾壓工藝參數(shù)，對路基施工碾壓完實施動態(tài)、

精確碾壓控制。

智能碾壓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制，以此提升碾壓施工質(zhì)量。通過相關研究可以發(fā)現(xiàn)，智能碾壓系統(tǒng)可以實時自動規(guī)劃碾壓軌跡，施工過程中還可調(diào)整碾壓速度以及碾壓次數(shù)，從而可以減少人工干預和人工操作，顯著提升施工效率。通過智能算法以及大數(shù)據(jù)分析應用，可以預測并優(yōu)化碾壓路徑以及碾壓順序，減少機械設備的無效碾壓和重復碾壓，并降低施工能耗。

3.2.3 施工質(zhì)量智能保障機制

該系統(tǒng)高精度傳感器和實時監(jiān)控系統(tǒng)，智能碾壓系統(tǒng)可以完成路面施工的實時監(jiān)測，包括對施工面密實度、平整度等指標實施檢測，通過檢測發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題并進行調(diào)整，確保施工質(zhì)量。碾壓系統(tǒng)能在施工的過程中有效防止過壓或欠壓等常見的施工現(xiàn)象，保證瀝青混合料的壓實度均勻一致，繼而提升道路工程使用壽命，使道路的行車舒適度以及安全性得以提升。

3.3分層碾壓施工算法驗證

分層碾壓施工算法驗證實施極為關鍵，對于分層碾壓施工有非常重要的意義，一定程度上關系到分層碾壓施工質(zhì)量，從而保證分層碾壓施工達到最佳效果。運用智能化路基施工監(jiān)控系統(tǒng)對該標段路基壓實施工過程進行監(jiān)控，得到自動分層效果圖，下路堤的施工監(jiān)控自動劃分為3個層位，系統(tǒng)顯示最后碾壓層位的壓實遍數(shù)效果。

3.3.1驗證方法與指標體系

選取 K5+200-K6+800 段作為試驗段，部署路基智能監(jiān)控系統(tǒng)進行全流程數(shù)據(jù)采集。設定三大驗證維度。建立三維地層模型進行自動分層效果驗證，要求層位劃分誤差 ?5cm 。開展六階段壓實工藝試驗，驗證碾壓遍數(shù)一壓實度響應模型。實施高程控制網(wǎng)檢測，驗證網(wǎng)格點位高程偏差 ?0.7cm 的技術要求[]。

3.3.2實施過程與控制要點

試驗段采用雙控法施工，通過智能系統(tǒng)設定 30cm 標準層厚，當壓實厚度檢測值超過 35cm 時自動觸發(fā)報警。開發(fā)變幅碾壓工藝，下路堤分層數(shù)根據(jù)地質(zhì)條件動態(tài)調(diào)整（ 3～5 層可變)。建立質(zhì)量追溯機制，每層碾壓完成后自動生成數(shù)字孿生模型，實現(xiàn)施工質(zhì)量的可視化復盤。

3.3.3驗證結(jié)果與精度分析

經(jīng)21d連續(xù)施工驗證，系統(tǒng)實現(xiàn)3大技術突破：一是分層厚度控制精度達 ±0.1cm ，較傳統(tǒng)工藝提升4倍。二是壓實度均勻性系數(shù)提高至0.92，消除欠壓區(qū)域。三是高程控制網(wǎng)相對誤差控制在 0.7cm 以內(nèi)，滿足ITCSⅡI級精度要求。試驗段彎沉值檢測結(jié)果顯示，路基整體剛度均勻性提升 27.6% 。

3.3.4施工參數(shù)優(yōu)化與算法迭代

基于驗證數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)字孿生模型，完成3方面技術優(yōu)化： ① 開發(fā)動態(tài)分層算法，根據(jù)填料CBR值自動調(diào)整分層厚度 (25～35cm 可變)。 ② 建立能耗-質(zhì)量協(xié)同優(yōu)化模型，使單機日產(chǎn)量提升 19.3% 。 ③ 形成基于數(shù)字孿生的質(zhì)量預控系統(tǒng)，實現(xiàn)常見質(zhì)量缺陷的提前 12h 預警[7]。

4結(jié)束語

智能化路基施工分層碾壓技術的應用，標志著公路建設領域邁向更高效和更科學的施工模式。智能化算法通過對施工過程的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，顯著提高了施工質(zhì)量的一致性和施工效率。這不僅有助于減少施工過程的人工錯誤，降低施工成本，也提升了路基的長久穩(wěn)定性和耐久性。智能化施工技術的成功應用，離不開傳感器技術的完善和算法優(yōu)化的持續(xù)發(fā)展。因此在實際應用過程中為了進一步提升公路項目智能化施工，需要構(gòu)建智能碾壓施工系統(tǒng)，系統(tǒng)具備智能碾壓功能，施工效率更高，從而保證施工技術應用達到最佳效果。

在未來的發(fā)展中，需要進一步關注施工現(xiàn)場的多樣性和復雜性，研發(fā)更多適應不同環(huán)境和條件的智能化算法，以迎接不斷變化的施工需求。隨著智能技術的不斷進步，施工過程中的自動化水平將進一步提高，施工人員將更多地參與到?jīng)Q策和監(jiān)督過程中。智能化路基施工技術的廣泛應用，將為公路建設的可持續(xù)發(fā)展提供更加堅實的技術支持。通過持續(xù)的技術創(chuàng)新和實踐驗證，智能化施工技術必將在公路建設領域發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1]鄒進波.探討公路項目智能化路基施工分層碾壓的算法[]交通科技與管理，2022(19):163-165.

[2]柴承均.公路工程高填方路基施工技術要點及質(zhì)量控制[]工程機械與維修，2023(3):173-175.

[3]王兆榮.關于公路工程路基路面壓實施工技術的分析[].工程建設與設計，2022(12):231-233.

[4]黃君澤，吳文淵，李軼，等.面向動態(tài)公交的離散分層記憶粒子群優(yōu)化算法[].計算機工程，2024，50(4):20-30.

[5]萬沖，羅聰.泥巖棄渣填筑公路路基施工過程及穩(wěn)定性分析J].交通世界，2023(29):86-88.

[6]王利香.公路路基分層填筑施工技術應用[].交通世界，2023(33):19-21.

[7]王偉，徐博.關于公路路基分層填筑施工技術應用的研究[]中文科技期刊7據(jù)庫(全文版)工程技術，2022(5):34-37.